考虑界面和热残余应力影响的颗粒增强金属基复合材料循环变形的数值模拟

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1、国内图书分类号：国际图书分类号：TB331；0344．1531．8；539．5西南交通大学研究生学位论文密级：公开年姓级三Q二Q专二。一三年五月ClassifiedIndex：TB331，0344．1U．D．C：531．8，539．5lIIIILIIIIIIIIIIIIIIIIIil11111IY2319488SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisNUMERICALSIMULATIONFORCYCLEDEFORMATIoNOFPARTICLEREIN

2、FORCEDMETALMATRjXCOMPOSITESC0

3、NSIDERINGTHEINTERFACEANDTHERMALRESIDUALSTRESSGrade：2010Candidate：YanYaleAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpecialty：SolidMechanicsSupervisor：ZhangJuanMay．2013西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)选用了能够较好反映颗粒增强金属基复合材料界面

4、行为的内聚力模型，来模拟界面对复合材料力学性能的影响。(2)在ABAQUS中使用已移植的先进的本构模型来模拟颗粒增强复合材料基体的力学性能，并使用cohesive单元来模拟弱界面的力学性能，分析了弱界面对颗粒增强金属基复合材料的单轴拉伸行为和循环变形行为的影响，并与实验数据进行对比。(3)计算了颗粒增强金属基复合材料在室温下的热残余应力，并对基体以及颗粒中的热残余应力分布进行了分析。(4)模拟研究了考虑界面和热残余应力影响时的颗粒增强金属基复合材料的循环变形行为，并与实验结果进行比较。本人郑重声明：所

5、呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：i目五砜日期：)o阪芯．≥o西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本

6、论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密函使用本授权书。(请在以上方框内打“寸’)学位论文作者签名：：习亚看，Ⅵ日期：如嘎j．≥田切憾殳徽批西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要颗粒增强金属基复合材料目前在机械制造航空航天等领域受到了广泛的应用，它在受到循环载荷时的变形行为也被很多研究者所关注。由于基体和颗粒的物理和化学性能之间的差异，复合材料在制备过程中会产生弱界面层和热残余应力

7、，它们对复合材料的力学性能有很大的影响。本文基于先进的本构模型，利用有限元软件ABAQUS和内聚力单元，对考虑了弱界面和热残余应力的SiCp／6061A1复合材料的单轴拉伸和循环变形行为进行了有限元模拟，主要工作如下：(1)选用了能够较好反映颗粒增强金属基复合材料界面行为的内聚力模型来模拟界面对复合材料力学性能的影响。在模拟过程中，界面单元使用了ABAQUS中提供的cohesive单元。分别选用了单颗粒和多颗粒的代表性体积单元来模拟复合材料在受单轴拉伸和非对称循环荷载作用时的变形行为，并讨论了弱界面对

8、其的影响。结果表明，弱界面可以明显的降低复合材料的抗拉性能和抗循环变形能力，并且界面越弱，降低的幅度越大。(2)对SiCp／6061A1颗粒增强复合材料从500"C冷却到20℃时的热残余应力进行了计算。发现在未考虑弱界面的影响时，复合材料的基体内部存在很大的热残余应力，并且使基体内部靠近界面的部分区域发生了塑性应变；当考虑了弱界面的影响时，热残余应力则降低了很多，说明弱界面对热残余应力的产生有一定的抑制作用。分别对考虑了热残余应力的含有完好界面和弱界面的复合材料的单轴拉伸行为以及循环变形行为进行了有限

9、元模拟。发现热残余应力降低了复合材料的抗拉性能和抗循环变形能力，但是弱界面的存在又会使热残余应力的影响减弱。经过以上的研究可知，在考虑了弱界面和热残余应力的影响时，SiCp／606iAl颗粒增强复合材料的抗拉能力和抗循环变形能力都有所下降，模拟结果也与实验结果更加接近。关键词：颗粒增强金属基复合材料：循环变形；内聚力；弱界面：热残余应力西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractParticle-reinforcedmetalmatrixcom